【世界投资者周】认识尿素和尿素期货（一）
中国期货业协会
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人类的生存不能缺少粮食，粮食的生长也不能缺少肥料，可以说肥料是粮食的“粮食”，而尿素是最大的化肥品种，约占化肥产量的42%。在化肥工业化前，不论是欧洲还是亚洲，都把粪便当作主要肥料。进入18世纪以后，世界人口迅速增长，同时欧洲爆发了工业革命，使得大量人口涌入大城市，加剧了粮食供应紧张。1773年，伊莱尔·罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素；1828年，德国化学家维勒（F.W.hler，1800~1882年）在世界上首次用人工方法合成了尿素，他的研究打破了无机物与有机物之间的绝对界限，按当时化学界流行的“活力论”观点，尿素等有机物中含有某种生命力，是不可能人工合成的。直到1909年，德国化学家哈伯（F.Haber，1868~1934年）与博施（C.Bosch，1874~1940年）才合作创立了“哈伯-博施”氨合成法，开辟了人类直接利用游离状态氮的途径，也开创了高压合成氨的化学方法，它的意义已不仅仅是使大气中的氨变成生产化肥“取之不尽、用之不竭”的廉价来源，而且使农业生产产生了根本的变革。联合国粮食及农业组织（FAO）的资料显示，化肥对全球粮食产量的贡献约50%，它给全人类带来的巨大福利是无可比拟的，诺贝尔化学奖得主西博格在纪念美国化学会成立100周年大会上的演讲中说：“无论过去、现在或可预见的将来，再也不能找到任何一门工业比化肥工业更直接关系到国计民生了。”
尿素，又称碳酰胺（carbamide)，是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，是一种白色晶体，是最简单的有机化合物之一，是哺乳动物和某些鱼类体内蛋白质代谢分解的主要含氮终产物。尿素是目前含氮量最高的氮肥，尿素适用于各种土壤和植物，易保存，使用方便，对土壤的破坏作用小，是目前使用量较大的一种化学氮肥。工业上用氨气和二氧化碳在一定条件下合成尿素。除了直接当作氮肥施用外，尿素还有着多种多样的用途，例如可以作为复合肥的生产原料、与甲醛聚合生产脲醛树脂作为人造板的黏合剂、生产三聚氰胺、车用尿素净化汽车尾气、电厂脱硫脱硝、生产氰尿酸、化妆品的保湿成分等（见图1）。
图1 中国尿素行业产业链
尿素是一种不可或缺的肥料，它是如何生产出来的呢？
尿素的生产原料主要为煤或天然气。天然气制尿素约占世界尿素总产能的65%，主要集中在中东、东欧和北美地区；煤炭制尿素的产能占总量的30%，主要集中在亚洲、东欧、北美等地区。“富煤贫油少气”的能源状况决定了中国的尿素生产以煤炭为主、天然气为辅。
煤制尿素通常是将水煤浆与纯氧进行部分氧化反应，制得以CO2、H2为主要成分的气态产物。接下来就是从工艺上去除氨气合成催化剂的毒物CO、H2S、COS以净化气体，进一步分离、制得高纯度的CO2,满足尿素合成的需要，制得高纯度的H2以及脱除其中的惰性气体CH4、Ar，对高纯度的H2进行精制，最终获得纯的氢氮气体，满足氨气合成的需要。来自液氮洗装置的合格新鲜气（H2∶N2=3∶1）,经合成气压缩机加压后，送入氨合成塔，在高温（380℃~430℃）、高压（14.2MPa）下通过氨合成催化剂的催化作用使部分气体合成氨，以液氮的形式送至尿素装置用。摩尔比为2∶1的液氮和二氧化碳进入合成单元（见图2）。
图2 煤制尿素简易流程
天然气原料的纯氧自热转化制氨加工成尿素时氨碳基本平衡，生产1吨氨可加工成1.7吨尿素，没有多余的CO2排放（见图3）。
图3 天然气制尿素简易流程
尿素从粒度看，有大小颗粒之分，目前消费者常见的小颗粒尿素粒径约为1.5毫米，大颗粒尿素一般为2.00~4.75毫米，此外还有7毫米以上的尿素丸，大颗粒尿素是在小颗粒尿素基础上二次加工而成；从质量品级看，可分为优等品和合格品；从用途看，可分为农业用和工业用（见表1）。
表1 尿素分类
注：（1）水分以生产企业出厂检测数据为准；
（2）尿素生产工艺中不加甲醛，不测亚甲基二脲；
（3）粒度只需符合四档中任意一档即可，包装表示中应标明粒径范围。
1.亚洲仍是供应的“巨无霸”
全球有超过50个国家生产尿素，亚洲是世界最大的尿素生产和消费地区，产能约占世界总产能的70%。2010~2017年世界尿素产能产量一直保持增长，全球新增氮肥产能主要来自中国、俄罗斯、印度、美国等国家，2017年全球尿素产能达到顶峰（2.172亿吨）。2017年以后全球尿素产能产量开始出现下滑，中国、巴西、科威特等地区由于产能过剩，大量落后装置关闭，同时俄罗斯、印度等国家新建项目投产，至2019年全球尿素产能2.081亿吨，同比下滑0.9%，产量1.76亿吨，同比上涨2.4%。需求方面，目前世界尿素需求约有80%来自农业，剩下20%来自工业需求，2019年世界尿素需求约1.71亿吨，需求持续保持小幅增长趋势。全球贸易方面，2019年世界尿素贸易量约5000万吨，约占全球尿素总产量的26%，主要出口地区包括西亚、东亚、俄罗斯等，西亚是世界上尿素出口量最大的地区；进口地区包括北美洲、南美洲、澳洲等，过去几年印度一直是世界上进口量最多的国家之一，目前约占世界贸易总量的10%。
2.中国尿素产能已经开始逐步出清
2010~2015年我国尿素工业发展迅速，2015年我国尿素产能和产量达到巅峰，分别为8900万吨、7500万吨，产能严重过剩。2015年以来，尿素在生产、运输及税收方面优惠取消，行业利润水平下滑显著，叠加煤炭成本上行及环保压力，部分企业开工受限，行业开工率持续下滑，落后产能（无烟煤为原料的老旧产能）逐步退出，同时生产原料结构也不断调整，以非无烟煤为原料的产能占比不断提高。截至2019年，我国尿素产能降至约7000万吨，较2015年的高峰下滑约2000万吨（见图4）。按产能分布看，我国尿素产能集中在内蒙古、山东、河南、山西、新疆等地区，排名前5位省份尿素产量占全国总量的60%，原料资源丰富地区的产能集中度较高。按工艺占比看，当前我国尿素生产工艺主要分为固定床（32%）、水煤浆（22%）、航天炉（16%）、天然气（27%）以及少量的焦炉气（3%）（见图5）。
图4 国内尿素产能产量变化
资料来源：根据社会资料整理，一德期货产业投研部。
图5 国内尿素产能占比
资料来源：根据公开资料整理，一德期货产业投研部。
3.农业吃掉了大部分的尿素
了解了国内尿素产能情况，下面再看一看国内尿素的需求。
我国是世界上尿素消费量最大的国家，农业需求方面，2015年国家农业部提出了“2020年化肥零增长”行动方案，提倡化肥施用的减量增效，使得近年来尿素农业需求缓慢下降。根据氮肥工业协会数据，近年来我国尿素农业需求量显著下滑，2016~2018年平均跌幅为8.7%，但跌幅逐渐趋缓；工业需求方面，主要为制作复合肥、三聚氰胺、脲醛树脂、电厂脱硫脱硝等。根据氮肥工业协会数据，尿素工业需求逐年增长，2009~2018年平均增长率10%，人造板行业、三聚氰胺行业贡献较大，后期需求量趋稳；因国家环保要求趋严，车用尿素、电厂脱硝将保持稳定增长趋势（见图6）。
图6 国内尿素需求占比
资料来源：根据公开资料整理，一德期货产业投研部。
我国尿素需求的季节性特征为“全年生产，按需使用”，工业用尿素季节性消费差异小，但农业消费具有明显的淡旺季特征。以2017年为例，1~4月为传统的春耕季节，需求总量在1800万吨左右，约占全年总消费的32%；5~7月为传统的用肥旺季，全国大田作物开始用肥，同时工业需求旺盛，消耗尿素2400万吨，约占全年总消费的43%；8~12月，尤其进入10月份后，农业需求渐渐减弱，消耗尿素1350万吨，约占全年总消费的25%。
4.外贸的净出口格局
尿素进出口受到国家政策影响。1997年前，我国尿素产量不能满足国内需求，每年大量进口尿素；1997年国家开始进口管控，2001年底我国加入世贸组织后进口随之恢复。随着尿素产能的不断增加，我国2000年开始大量出口尿素。2005年为了保障国内供应，国家实施了严厉的控制措施，使得尿素出口大幅减少；2015年我国取消了尿素出口淡旺季不同的关税政策，当年尿素出口量1374万吨，创下了历史新高。2016年后随着国际新产能不断增加，且我国尿素生产成本在世界上处于较高的位置，尿素出口量不断下滑。从出口目的国来看，近几年我国主要出口国为印度、墨西哥、韩国等地，其中印度对尿素的需求量巨大，不定期的招标采购总会对国际尿素行情产生一定影响。目前，我国尿素以出口为主，进口较少，2018年尿素出口量约为244万吨，进口量约为16万吨，进口依存度不足0.5%（见图7、图8）。
图7 中国尿素净出口
资料来源：海关总署，一德期货产业投研部。
图8 2018年中国尿素出口流向（单位：万吨）
资料来源：海关总署，一德期货产业投研部。
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